摘要：針對傳統(tǒng)的“作圖法”和“計(jì)算法”的不足，主要介紹了利用 SolidWorks 三維軟件進(jìn)行建模 - 展開的新方法，實(shí)現(xiàn)了空間異構(gòu)件的準(zhǔn)確化、快速化建模 - 展開及切割下落料，提高了其工作效率和落料的準(zhǔn)確性與精度。

關(guān)鍵詞：空間異構(gòu)件； SolidWorks ；鈑金模塊；建模 - 展開；數(shù)控切割

The Expansion and Cutting Method for Different Components in Axial-flow Casing Space Using Solid works Software

Abstract: According to the shortcomings of traditional “mapping method”and “calculating　method”, this paper has mainly introduced a new method for the modeling-expansion using 3D software of SolidWorks. The accurate and rapid modeling-expansion and the cutting & blanking of different components of space are realized. It has improved the working efficiency and the accuracy and precision of blanking.

Key words: different component of space; SolidWorks; sheet metal module; modeling-expansion; numerical control cutting

0 　引言

　　在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造中，結(jié)構(gòu)零件的切割下料方法采用傳統(tǒng)的“作圖法”和“計(jì)算法”，這種方法已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于現(xiàn)代三維軟件進(jìn)行建模 - 展開的新方法。通過 SolidWorks 鈑金模塊對空間異構(gòu)件進(jìn)行實(shí)體建模，然后根據(jù)鈑金構(gòu)件可以展開的特性，對空間異構(gòu)件進(jìn)行平面展開，形成可標(biāo)注的工程圖，最后轉(zhuǎn)換成切割機(jī)的識別編碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)控切割。

1 空間異構(gòu)件結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

　　U形管和側(cè)板等空間異構(gòu)件是軸流壓縮機(jī)中的關(guān)鍵重點(diǎn)零件。U形管是由兩段相切的弧線組合形成的開口對稱立體構(gòu)件，形如倒置的“U”字，故稱U形管。其結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)是X軸方向兩端口的平面需要成一定角度a ，平行于X軸的上方母線長度最大，沿著Y軸方向母線長度逐漸遞減，平行于X軸的下方母線長度最短；此外，結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的需要，中間各節(jié)U形管為整管，兩端節(jié)為U形管的一半。

　　側(cè)板是軸流壓縮機(jī)中連接U形管與端法蘭的過渡空間異構(gòu)件，它是由若干不同錐度、不同長度的錐體母線組合而成，上、下端接口處的結(jié)合線為平面結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開式立體。圖1與圖2分別是U形管與側(cè)板的二維平面實(shí)例結(jié)構(gòu)。

　　對于這兩個部件應(yīng)用傳統(tǒng)的“作圖法“或“計(jì)算法”進(jìn)行展開是完全可以實(shí)現(xiàn)的，但是傳統(tǒng)的方法比較繁瑣且精度不高。

2 空間異構(gòu)件的展開計(jì)算

　　基于以上兩種空間構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用 SolidWorks 三維繪圖軟件的鈑金功能模塊，完全可以實(shí)現(xiàn)建模 - 展開的新工藝方法。因?yàn)閁形管和側(cè)板空間異構(gòu)件的板材較厚（δ=25～30mm），并且異構(gòu)件相連對口處存在焊接坡口（單邊30°）。所以在建模 - 展開前，必須進(jìn)行合理有效的計(jì)算展開與板厚處理，確定U形管與側(cè)板的展開中性層[2]和消除板厚干涉[3] 。彎曲零件的中性層隨相對彎曲率的變化而定，即與相對彎曲變化率K=R/t有關(guān)，其中R為彎曲異構(gòu)件實(shí)際的最小彎曲半徑，t為彎曲異構(gòu)件的板材厚度。由于U形管、側(cè)板空間異構(gòu)件的相對彎曲變化率K=R/t≥5，由此確定以上兩種異構(gòu)件以板材的中性層為基準(zhǔn)進(jìn)行展開，進(jìn)而確定實(shí)體建模草圖的圖形。由于U形管、側(cè)板空間異構(gòu)件板材較厚且存在單邊焊接坡口（外）的具體要求，在空間異構(gòu)件展開前后必須進(jìn)行板厚處理，徹底消除板厚干涉，保證展開的平面結(jié)構(gòu)更加合理科學(xué)、準(zhǔn)確無誤。

3 空間異構(gòu)件的實(shí)體建模（ U 形管建模）

　　（1）新建“零件”，繪制“草圖1 ”，選擇“前視基準(zhǔn)面”、“草圖繪制（2D草圖）”，以圖1中U形管的二維平面結(jié)構(gòu)剖視圖中性層尺寸為準(zhǔn)，分別繪制兩段不同曲率、不同角度的相切圓弧，具體尺寸見圖 3 。

　�。�2）選擇“鈑金”、“基體-法蘭/薄片”，以垂直于草圖平面軸線為拉伸方向，正反雙向：即方向1與方向2，在“D1”與“D2”標(biāo)題框內(nèi)輸入給定深度，其數(shù)值為 300.00mm（≥255,安徽負(fù)壓風(fēng)機(jī).6mm），保證U形管寬度足夠后序截取，在鈑金參數(shù)下“T1” 標(biāo)題框內(nèi)輸入鈑金厚度，其數(shù)值為 0.05mm ，進(jìn)而拉伸得到U型管鈑金立體圖形，見圖4。

　�。�3）選擇“基準(zhǔn)面”，分別過直線A，且與“前視基準(zhǔn)面”相交形成11.25°，作“基準(zhǔn)面 l”、“基準(zhǔn)面2”，并且以“基準(zhǔn)面l”、“基準(zhǔn)面2”切除 - 截取U型管立體結(jié)構(gòu)，形成滿足兩端口的平面互成22,水簾風(fēng)機(jī).5°夾角的U型管鈑金立體結(jié)構(gòu)，見圖5。

　　（4）根據(jù)SolidWorks中鈑金構(gòu)件可以展開的特性，選擇“展開”，以U形管開口任意端邊厚度所在平面為固定面,河北屋頂風(fēng)機(jī)，即展開平面，使U形管不同曲率的折彎曲面在固定面內(nèi)進(jìn)行展開，獲得U形管平面展開圖形，見圖6。保存，命名為“U形管”。

　　由此同理，參考實(shí)例U形管的建模-展開步驟的具體要求，結(jié)合圖2中實(shí)例側(cè)板的結(jié)構(gòu)與尺寸，亦可以順利建立側(cè)板的鈑金立體結(jié)構(gòu)以及通過展開獲得平面結(jié)構(gòu)，保存，命名為“側(cè)板”。

4 工程圖轉(zhuǎn)換與板厚干涉處理

　　分別在U形管與側(cè)板的“平板形式”結(jié)構(gòu)模型的窗口下，選擇“從零件/裝配體制作工程圖”，將“平板形式”視圖圖形拖拽至工程圖紙中，單擊“平板形式”視圖圖形，在“使用自定義比例”選擇標(biāo)題欄中確定比例系數(shù)為 1:1 ，生成工程圖，并且按照圖7要求進(jìn)行有效尺寸標(biāo)注，通過另存文件將其轉(zhuǎn)化成數(shù)控切割所能識別的“.dwg”圖形格式，保存，命名為“U形管展開圖”，見圖7。同理，依次方法亦可獲得“側(cè)板展開圖”。

　　在厚板展開過程中為了消除板厚干涉現(xiàn)象，必須進(jìn)行合理的、有效的板厚處理。其目的是保證零件（U形管）的展開更加準(zhǔn)確，進(jìn)一步保證后序的拼裝工作順利進(jìn)行。對于U形管的展開也不例外，倘若在U形管展開過程不能進(jìn)行有效的板厚處理，得到的U形管展開圖形是不準(zhǔn)確的，很難保證該零件的生產(chǎn)制造質(zhì)量與精度。

　　對于U形管來說，其展開過程是通過中性層尺寸進(jìn)行建模-展開實(shí)現(xiàn)的，完全符合展開的原理。在展開后如何進(jìn)行有效板厚處理，才是U形管展開圖形準(zhǔn)確無誤的關(guān)鍵。由于各U型管之間對接處要求切割單邊30°，鈍邊2mm的焊接坡口，可以通過圖8說明板厚處理的全過程。

　　在圖8中，清晰可見U形管中性層線段與鈍邊定點(diǎn)所在線段（中心線所示線段）的距離之差就是板厚干涉的尺寸，通過測量，具體尺寸為2.1mm（單側(cè)），共相差2.1mm×2=4.2mm，其次，506.2-4.2=502mm，即將U形管按中性層展開的圖形在高度方向上（502方向）縮短 4.2mm ，最后，獲得圖7的“U形管展開圖”，并且實(shí)踐證明該U形管的展開是合理可行的，廣泛應(yīng)用于此類異構(gòu)件的展開下料中。

5 　結(jié)論

　　以上主要介紹了利用三維軟件SolidWorks，對于U形管與側(cè)板分別進(jìn)行建模-展開，根據(jù) SolidWorks軟件鈑金模塊可以進(jìn)行平面展開的特性，可將U形管與側(cè)板立體鈑金結(jié)構(gòu)按照“平板型式”展開，得到平面結(jié)構(gòu)，形成工程圖；其次通過有效的板厚處理獲得精確的展開圖，并且轉(zhuǎn)化成數(shù)控切割機(jī)所能識別的“.dwg”圖形結(jié)構(gòu)；最后通過USB接口，完成切割程序的傳輸與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控切割，提高了切割的效率與質(zhì)量。這種利用SolidWorks進(jìn)行建模-展開、數(shù)控下料的方法可以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，對于空間異構(gòu)件進(jìn)行快速準(zhǔn)確的展開和切割，在實(shí)際的生產(chǎn)加工中具有重要意義。

近些年來，由于能源價格不斷攀升，節(jié)能問題逐漸被政府重視起來，節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)品漸漸走進(jìn)人們的生活，為了更好的貫徹國家節(jié)能政策，為此，建設(shè)部頒布了《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》在標(biāo)準(zhǔn)中提到，我國能源的1/3被用在公共建筑上，而公共建筑的全年能耗中有大約50%--60%消耗于暖通空調(diào)工程，由此要滿足現(xiàn)行節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，暖通空調(diào)領(lǐng)域的節(jié)能問題顯得非常重要。我們向你推薦一種新型的節(jié)能環(huán)保型風(fēng)管-----杰尼斯纖維織物布風(fēng)管。

杰尼斯纖維織物布風(fēng)管可以從三個方面達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

1.在設(shè)計(jì)階段，傳統(tǒng)的中央空調(diào)風(fēng)工程設(shè)計(jì)時必須經(jīng)過各管段阻力平衡和風(fēng)口的風(fēng)量計(jì)算，由于工程的集成化不足，空氣分布不均勻，達(dá)不到設(shè)計(jì)設(shè)定的效果，只有加大設(shè)備的功率來彌補(bǔ)。而杰尼斯纖維織物布風(fēng)管則根據(jù)環(huán)境的不同要求，采用專業(yè)的軟件進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。用CFD技術(shù)能精確地預(yù)測到環(huán)境中每個地方空氣流動及空氣溫度梯度的狀況。在設(shè)計(jì)階段便可以模擬工程的運(yùn)行狀況，提高設(shè)計(jì)的精確性，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

2.在工程運(yùn)行階段，傳統(tǒng)的中央空調(diào)鐵皮風(fēng)管都存在較大的風(fēng)阻，而為了彌補(bǔ)這方面所損失的風(fēng)量，所以相應(yīng)的增加大設(shè)備的功率。杰尼斯纖維織物布風(fēng)管則可將這方面的風(fēng)阻降到最低，因?yàn)榻苣崴估w維織物布風(fēng)管采用圓型設(shè)計(jì)，而在通風(fēng)管道的選型中，以圓型管道風(fēng)管為最小風(fēng)阻，從而大大的達(dá)到節(jié)能目的

3.在工程的維護(hù)和清洗階段，中央空調(diào)的鐵皮通風(fēng)管道，在工程運(yùn)行一段時間后，風(fēng)管內(nèi)會沉積一定的灰塵，這些灰塵一方面增大管道阻力，同時尤為細(xì)菌的滋生提供了場所，威脅人們的健康。更增加了設(shè)備的有功功率損耗，而清洗中央空調(diào)的風(fēng)管需要很高的費(fèi)用（風(fēng)管清洗費(fèi)用30-40元/m2）。杰尼斯纖維織物布風(fēng)管工程利用纖維本身的特性，使工程能過濾空氣，提高空調(diào)區(qū)空氣的潔凈度，同時工程拆裝、清洗非常方便，只要象我們?nèi)粘Ｇ逑匆路�一樣就可將風(fēng)管清洗干凈如新，很快恢復(fù)工作區(qū)的正常使用。這樣更能達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求。

布風(fēng)管工程已經(jīng)有35年的歷史。品質(zhì)已是被75000各客戶證明，在中國纖維織物布風(fēng)管工程卻還處于剛起步階段，而其它國家卻為了達(dá)到節(jié)能環(huán)保已經(jīng)大量使用了35年。在接下來的發(fā)展中，希望我們中國自己也能在這方面慢慢地全面使用布風(fēng)管，將空調(diào)污染，通風(fēng)節(jié)能、減排環(huán)保方面提升到一個新的臺階。深圳杰尼斯纖維織物布風(fēng)管在空調(diào)通風(fēng)污染，節(jié)能環(huán)保方面能讓你達(dá)到最理想的效果。使用杰尼斯纖維織物布風(fēng)管，除了能為貴公司節(jié)約能源和金錢之外，還能讓閣下感受到一種使命感，責(zé)任心！因?yàn)橹袊�的環(huán)保節(jié)能事業(yè)，有你出的一份力量。

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